小型靜音型發(fā)電機組噪聲仿真分析

李茂青，郭立濱，李 鵬

（1.重慶通信學(xué)院，重慶400035；2.西安通信學(xué)院，陜西西安710106）

近年來，隨著社會環(huán)保呼聲的提高，克服噪聲污染的問題已經(jīng)擺上了議事日程，發(fā)電機組的噪聲，更是人們關(guān)注的重點。靜音型或者說低噪聲發(fā)電機組研制，已成為一個新的課題。靜音型發(fā)電機組的降噪，主要采用加裝隔聲罩的方式，本文將利用ANSYS仿真軟件，對小型靜音型發(fā)電機組加裝隔聲罩后的噪聲，進行仿真分析。

1 建模

基于靜音型發(fā)電機組結(jié)構(gòu)、形狀、材料、載荷方面的特點，在進行聲—結(jié)構(gòu)耦合場分析時，用球面聲波模擬機組工作時的噪聲。由于聲波以球面波傳播，無對稱性，故建模時必須將整個機組考慮在內(nèi)，并且還在其外圍建了一個半徑為3 m的球體，用以表示隔聲罩外至無限遠處的聲場。

由于吸聲材料主要是起吸聲作用，不能作為結(jié)構(gòu)材料承受載荷，也不能作為理想流體傳播聲音。故在建模中，通過設(shè)置結(jié)構(gòu)—流體耦合處流體單元的吸聲性能，來模擬泡沫等材料的吸聲特性，而沒有對其進行單元劃分。

根據(jù)以上思想建立的聲—結(jié)構(gòu)耦合場分析的幾何模型如圖1所示。

圖1 小型靜音型發(fā)電機組聲—結(jié)構(gòu)耦合分析的幾何模型

2 球面聲波的聲壓計算

已知所測發(fā)電機組的1/3倍頻程譜的中心頻率（Hz）分別為：31.5 ；63；125；250；500；1 000；2 000；4 000；8 000，其對應(yīng)的聲功率級（dB(A)）分別為 45.9；54.2；69；75.7；87；92.1；97.7；92.5；81.4。因其測量的是發(fā)電機組周圍1m處的聲功率值，而所建的有限元模型中用來模擬該聲源的，是一個半徑為0.3 m的球，因此，應(yīng)將所給的1m處的聲功率級換算為0.3 m處的球面上的聲壓。

已知聲功率級（dB）的定義公式：

其中w0=10-12w，是基準(zhǔn)值。

可知聲功率：

又據(jù)公式w=4π·r2I可知，在r=0.3m球面的聲強為：

則該球面上的聲壓為：

由以上所給公式，

當(dāng)聲波頻率為31.5 Hz時，聲壓p31.5=0.005 450 422 607 44

當(dāng)聲波頻率為63 Hz時，聲壓p63=0.014 171 968 466 04

當(dāng)聲波頻率為125 Hz時，聲壓p125=0.077 880 759 351 10

當(dāng)聲波頻率為250 Hz時，聲壓p250=0.168 434 160 890 56

當(dāng)聲波頻率為500 Hz時，聲壓p500=0.618 628 860 943 50

當(dāng)聲波頻率為1000Hz時，聲壓p1000=1.11283346521051

當(dāng)聲波頻率為2000Hz時，聲壓p2000=2.12046045359354

當(dāng)聲波頻率為4000Hz時，聲壓p4000=1.16527969064833

當(dāng)聲波頻率為8000Hz時，聲壓p8000=0.32466104134897

聲級的運算不能直接作代數(shù)運算，在實際聲場中，有多個聲源相互作用時，聲級計測得的總聲壓級并不是各個聲源單獨作用時的聲壓級的代數(shù)和，而是按能量疊加來得到的總聲壓級。

能量疊加關(guān)系為：

則總聲壓級為：

式中：Lp——總聲壓級；

Lpi——各個頻率上的聲壓級分量。

4 聲—結(jié)構(gòu)耦合仿真分析

根據(jù)所提供的發(fā)電機組的1/3倍頻程譜中心頻率，我們分析了該發(fā)電機組在頻率（Hz）為 31.5；63；125；250；500；1 000；2 000；4 000；8 000等9個頻率的聲場分布情況，分析中隔聲罩內(nèi)吸聲材料吸聲系數(shù)α=0.5，并且在測量面上選取了12個關(guān)鍵節(jié)點，分別提取了這些點在各頻率時的聲壓值，并進一步換算成相應(yīng)的分貝值。

圖2為所選節(jié)點的具體位置。

利用ANSYS仿真軟件，對其進行仿真模擬分析得到圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10和圖11 頻率（Hz）分別為 31.5；63；125；250；500；1 000；2 000；4 000；8 000 等九個頻率下，距離隔聲罩1m處的聲壓分布云圖。

圖3 31.5 H z聲壓分布云圖

圖4 63 H z聲壓分布云圖

圖5 125 H z聲壓分布云圖

圖6 250 H z聲壓分布云圖

圖7 500 H z聲壓分布云圖

圖8 1 000 H z聲壓分布云圖

圖9 2 000 H z聲壓分布云圖

圖10 4 000 H z聲壓分布云圖

圖11 8 000 H z聲壓分布云圖

選取12個關(guān)鍵節(jié)點中的最大值，作為該噪聲頻率下發(fā)電機組經(jīng)過吸聲降噪處理后的聲壓值，其具體計算結(jié)果如表1。

表1 各頻率下的計算結(jié)果

5 結(jié)束語

通過對仿真結(jié)果的分析，可以看出經(jīng)過隔聲罩吸聲降噪后，在31.5 Hz～8 kHz的噪聲頻率范圍內(nèi)，噪聲的最大點出現(xiàn)在2 kHz下，其聲壓值為69.5 dB（A），其余各頻點的噪聲更低，相比與發(fā)電機組裸機時的噪聲，降噪效果明顯。

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